DE102015005031A1

DE102015005031A1 - Schwarzstartfähige Stromspeicherung auf Basis von Druckluft und Wasser mit integriertem DMR-Ventil (Druck-Masse-Regulier-Ventil)

Info

Publication number: DE102015005031A1
Application number: DE102015005031.1A
Authority: DE
Inventors: Dirk Weber; Udo Dittmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System, dass ein Stromspeicherverfahren mittels Druckluft-Wassersystem darstellt. Das System basiert auf dem Ausgangszustand, dass Strom aus einer Stromquelle dazu verwendet wird, ein Förderpumpe (7) anzutreiben. Die Förderpumpe (7) fördert Normwasser (NW) aus einem Erdbehälter (8) über eine Förderdruckleitung (11) in einen Druckbehälter (1). In dem Druckbehälter (1) befindet sich Druckluft (DL), diese Druckluft (DL) wird nun vom geförderten Normwasser (NW) zusammen gedrückt und bildet somit im Druckbehälter (1) ein Druckpolster, dass die Stromspeicherung darstellt. Ist die Druckluft auf die benötigte Druck/-Leistungsgröße (2.1) zusammen gedrückt worden, so sperrt ein motorgesteuertes Absperrventil (2) die Förderdruckleitung (11) ab. Die Stromspeicherung ist somit geladen (gespannt). Das motorgesteuerte Absperrventil (3) sperrt die Förderdruckleitung in Richtung der Förderpumpe (7). Liegt eine Stromanforderung von einem Verbraucher an, werden die motorgesteuerten Absperrventile (2) und (3) elektrisch geöffnet. Durch das öffnen der motorgesteuerten Absperrventile (2) und (3) wird das sich im Druckbehälter (1) befindliche Normwasser (NW) durch das zusammengedrückte Druckluftpolster in die Druckleitung (10) gedrückt und gelangt zur Betriebssteuerung (DMR-Ventil) (4). Das Normwasser (NW) liegt an der Betriebssteuerung (DMR-Ventil) (4) an und wird mittels eines Druck-Masse-Regulierventil (DMR-Ventil) (4), dass die Betriebssteuerung darstellt auf den jeweilligen benötigten Wasserdruck und/oder auf eine jeweillige benötigte Wassermenge eingestellt. Das Normwasser (NW), dass nun mit den benötigten Parametern einreguliert ist, strömt über eine Turbinendruckleitung zur Turbine (5). Die Turbine beginnt sich zu drehen und treibt einen angeschlossenen Generator (6) an, der Strom für den Verbraucher produziert. Das aus der Turbine (5) drucklose laufende Normwasser (NW) gelangt über eine Abflussleitung (9) in einen Erdbehälter und verbleibt dort bis der Prozess von neuen beginnt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System, dass Stromüberschüsse, Stromspitzen (Peaks) auffangen, speichern und bei Bedarf abgeben kann. Weiter kann das System Unregelmäßigkeiten im Stromnetz sowie bei einer unregelmäßigen Stromerzeugung ausgleichen. Die Nutzung des Systems kann im gewerblichen sowie auch im privaten Gebrauch Anwendung finden.
Durch dieses System wird ein regelbarer Betrieb von erneuerbaren Energien wie der Photovoltaik und Windkraftanlagen, aber auch Blockheizkraftwerke ermöglicht.
Alle Medien, die dieses System benötigt sind Druckluft und Wasser, also somit nicht giftig (nicht toxisch, es finden keine Umweltbelastungen statt, Umweltschäden können nicht verursacht werden).
Das Speichersystem wird mittels eines Druckbehälters (1) gestellt. In diesem Druckbehälter (1) befindet sich Luft, die mit einem Druck auf 5 bar vorgespannt ist, also Druckluft (DL). Um einen Speichereffekt zu erzielen wird mit einem weiteren Medium Normwasser (NW) gearbeitet. Wird das zweite Medium (Normwasser – NW) mittels einer Förderpumpe (7) gegen das erste Medium (Druckluft – DL) gegen gepumpt, so wird die Druckluft von 5 bar auf 20 bar komprimiert und stellt somit vergleichsweise eine Fallhöhe von 200 Metern dar, die aus Pumpspeicherkraftwerken bekannt ist. Die Förderpumpe (7) wird mit Strom aus Überschüssen oder Spitzenproduktionen (Peaks) gespeist. Für Sicherungsmaßnahmen ist eine Sicherheitsgruppe (1.1) sowie eine Ab- und Anschaltelektronik (2.1) im Druckbehälter (1) vorgesehen, die einen reibungslosen und sichergestellten Betrieb gewährleistet.
Zur Steuerung der einzelnen Anlagenbauteile sind motorgesteuerte Absperrventile (2) und (3) vorgesehen. Im Betriebsfall des Aufladens des Druckbehälters ist das motorgesteuerte Absperrventil (3) zur Förderpumpe (7) sowie das motorgesteuerte Absperrventil (2) am Druckbehälter (1) geöffnet.
Im Betriebsfall der Abgabe von Normwasser (NW) ist das motorgesteuerte Absperrventil (2) sowie das motorgesteuerte Absperrventil (3) zur Turbine geöffnet.
Im Betriebsfall einer Ruhephase sind alle motorgesteuerten Absperrventile (2) und (3) geschlossen.
Im Betriebsfall einer Anforderung vom Verbraucher her, werden die motorgesteuerten Absperrventile (2) und zur Turbine hin (3) geöffnet. Das Normwasser (NW) strömt über die Druckleitung (10) zur Betriebsgruppe (Druck-Masse-Ventil (DMR-Ventil)) (4), dass sich vor der Turbine (5) befindet. Das Druck-Masse-Ventil (4) besteht aus drei Bauteilen mit denen der Druck im Leistungsbereich von 0,5 bar bis 20 bar geregelt werden kann, sowie die Durchflussmenge geregelt werden kann.
Der Druckleistungsbereich wird mittels eines motorgesteuerten Druckminderventils unabhängig von der Durchströmmasse geregelt. Die Durchströmmasse wird mittels eines motorgesteuerten Durchströmregulierventil einzeln und unabhängig von einander geregelt. Im Bedarfsfall können beide technischen Parameter (Druck und Masse) für die jeweilige Anforderung eingestellt werden. Für einen evtuellen Wartungs- oder Reparaturfall sind im DMR-Venti (4) zwei manuell bedienbare Absperrventile vorgesehen, damit der Betrieb in dieser Phase nicht beeinträchtigt wird.
Durch die an der Turbine (Typ: Peltonturbine) (5) anliegende gerulierter Wasserdruck- und Wassermasse ist die Turbine (5) in der Lage von ca. 5 sec. bis 15 sec. Volllast fahren zu können, eine längere Anlaufzeit der Turbine (5) ist nicht vorgesehen.
Die einregulierte Masse (NW) strömt durch die Turbine (5) und treibt über eine Welle einen Generator (6) an. Dieser Generator produziert Strom für den Verbraucher.
Das aus der Turbine (5) strömende drucklose Normwasser (NW) gelangt über eine Auslaufleitung (9) in ein Betonbecken (8). Dort verbleibt es, bis der Prozess von neuen beginnt.
Um den Prozess der Abgabe (Stromerzeugung) zu beginnen, werden keine externen Energien benötigt. Der Prozess in der Abgabephase wird mittels Druckluft und öffnen von motorgesteuerten Absperrventile in Funktion gesetzt. Es ist somit Schwarzstartfähig.

Claims

Vorgespannte Energiespeicherung Stromenergie mittels eines Druckbehälters (1) mit den Medien Luft und Wasser im Bereich von 0 bar bis 20 bar zu speichern.
Leistungsbereiche (Druck) und Wassermenge (Masse) für einen variabelen Betrieb schnell regulierbar machen. (DMR-Ventil) (4). Eine Ventileinheit, dass innerhalb von 5 sec. Bis 15 sec. Druck und Wassermasse für die jeweilige Anforderung vom Verbraucher her motorgesteuert in einem Leistungsbereich von 0,5 bar bis 20 bar sowie die Wassermasse reguliert.
Schwarzstartfähigkeit mittels Druckluftpolster. Vorgespannte Luft mittels einer gegengepumpten Wassermasse zu komprimieren und diese somit Schwarzstartfähig machen.
Medienanspruch – Einsatz von nicht giftigen Betriebsstoffen Für den betrieb werden ausschließlich nicht giftige Betriebsstoffe (Umgebungsluft und Naturwasser, Normwasser) genutzt.
Aufgabenbereiche Zur Speicherung von Überschussstrom, Abnahme von Stromspitzen (Peaks), allgemeinen Stromversorgung, zur Stromversorgung von autarken Inselanlagen, zur Ab- und Anhebung von Stromnetzen (Regulierbetrieb).
Druckbehälteraufstellung Nutzung von Druckbehältern innerhalb eines Betonerdbehälterbecken.